美國加州圣克拉拉市， 2019年 5月 21日—基于現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的硬件加速器件和高性能嵌入式FPGA（eFPGA）半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)（IP）領(lǐng)導(dǎo)性企業(yè)Achronix半導(dǎo)體公司（Achronix Semiconductor Corporation）今日宣布：推出創(chuàng)新性的、全新的FPGA系列產(chǎn)品，以滿足人工智能/機器學(xué)習(xí)（AI/ML）和高帶寬數(shù)據(jù)加速應(yīng)用日益增長的需求。Achronix的Speedster?7t系列基于一種高度優(yōu)化的全新架構(gòu)，以其所具有的如同ASIC一樣的性能、可簡化設(shè)計的FPGA靈活性和增強功能，從而遠遠超越傳統(tǒng)的FPGA解決方案。

Speedster7t FPGA系列產(chǎn)品是專為高帶寬應(yīng)用進行設(shè)計，具有一個革命性的全新二維片上網(wǎng)絡(luò)（2D NoC），以及一個高密度全新機器學(xué)習(xí)處理器（MLP）模塊陣列。通過將FPGA的可編程性與ASIC的布線結(jié)構(gòu)和計算引擎完美地結(jié)合在一起，Speedster7t系列產(chǎn)品創(chuàng)造了一類全新的“FPGA +”技術(shù)。

隨著人工智能/機器學(xué)習(xí)的應(yīng)用場景快速發(fā)展演進，新的解決方案都要去應(yīng)對在高性能、靈活和上市時間等方面的不同需求。根據(jù)市場調(diào)研公司Semico Research的預(yù)測，人工智能應(yīng)用中FPGA的市場規(guī)模將在未來4年內(nèi)增長3倍，達到52億美元。

“我們正處于智能化、自學(xué)習(xí)計算的高增長階段的早期，這種計算將廣泛影響我們?nèi)盏某Ｉ??！盇chronix Semiconductor總裁兼首席執(zhí)行官Robert Blake表示：“Speedster7t是Achronix歷史上最令人激動的發(fā)布，代表了建立在四個架構(gòu)代系的硬件和軟件開發(fā)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新和積淀，以及與我們領(lǐng)先客戶之間的密切合作。Speedster7t是靈活的FPGA技術(shù)與ASIC核心效率的融合，從而提供了一個全新的‘FPGA+’芯片品類，它們可以將高性能技術(shù)的極限大大提升?！?/p>

在開發(fā)Speedster7t系列FPGA的產(chǎn)品過程中，Achronix的工程團隊完全重新構(gòu)想了整個FPGA架構(gòu)，以平衡片上處理、互連和外部輸入輸出接口（I / O），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用吞吐量的最大化，這些應(yīng)用場景可見于那些基于邊緣和基于服務(wù)器的AI / ML應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)處理和存儲。

Speedster7t器件采用了TSMC的7nm FinFET工藝制造，是專為接收來自多個高速來源的大量數(shù)據(jù)而設(shè)計，同時還需要將那些數(shù)據(jù)分發(fā)到可編程片上算法性和處理性單元中，然后以盡可能低的延遲來提供那些結(jié)果。Speedster7t系列產(chǎn)品包括高帶寬GDDR6接口、400G以太網(wǎng)端口和PCI Express Gen5等接口，所有這一切單元都互相連接以提供ASIC級帶寬，同時保留FPGA的完全可編程性。

“Achronix全新的Speedster7t FPGA系列產(chǎn)品是創(chuàng)新性芯片架構(gòu)實現(xiàn)爆發(fā)的一個卓越案例，創(chuàng)造該架構(gòu)的目的是直接面向AI應(yīng)用處理大量的數(shù)據(jù)，” Semico Research公司ASIC和SoC首席市場分析師Rich Wawrzyniak說道。“通過將數(shù)學(xué)函數(shù)、存儲器和可編程性整合到其機器學(xué)習(xí)處理器中，再結(jié)合交叉芯片、二維NoC結(jié)構(gòu)，從而形成了消除瓶頸和確保整個器件中數(shù)據(jù)自由流動的絕佳方法。在AI / ML應(yīng)用中，內(nèi)存帶寬就是一切，Achronix的Speedster7t在這一領(lǐng)域提供了令人印象深刻的性能指標(biāo)。”

為計算性能進行了高度的優(yōu)化

Speedster7t FPGA的核心是其全新機器學(xué)習(xí)處理器（MLP）中大規(guī)模的可編程計算單元平行陣列，它們可提供業(yè)界最高的、基于FPGA的計算密度。MLP是高度可配置的、計算密集型的單元模塊，可支持4到24位的整點格式和高效的浮點模式，包括對TensorFlow的16位格式的支持，以及可使每個MLP的計算引擎加倍的增壓塊浮點格式的直接支持。

MLP與嵌入式存儲器模塊緊密相鄰，通過消除傳統(tǒng)設(shè)計中與FPGA布線相關(guān)的延遲，來確保以750 MHz的最高性能將數(shù)據(jù)傳送到MLP。這種高密度計算和高性能數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)合使得處理器邏輯陣列能夠提供基于FPGA的最高可用計算能力以每秒萬億次運算數(shù)量為單位（TOPS，Tera-Operations Per Second）。

世界級的帶寬

高性能計算和機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的關(guān)鍵之處是高片外存儲器帶寬，從而為多個數(shù)據(jù)流提供存儲源和緩沖。 Speedster7t器件是唯一支持GDDR6存儲器的FPGA，該類存儲器是具有最高帶寬的外部存儲器件。每個GDDR6存儲控制器都能夠支持512 Gbps的帶寬，Speedster7t器件中有多達8個GDDR6控制器，可以支持4 Tbps的GDDR6累加帶寬，并且以很小的成本就可提供與基于HBM的FPGA等效存儲帶寬。

“美光（Micron）樂于攜手Achronix去實現(xiàn)全球第一個面向高帶寬存儲需求而直接加載了GDDR6的FPGA產(chǎn)品，”美光計算與聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)部營銷副總裁Mal Humphrey?！跋襁@樣的創(chuàng)新的和可擴展的解決方案將推動人工智能領(lǐng)域內(nèi)的差異化，其中異構(gòu)計算可選方案與高性能的存儲是加速獲得數(shù)據(jù)內(nèi)涵的必需部分。”

除了這種非凡的存儲帶寬，Speedster7t器件還包括業(yè)界最高性能的接口端口，以支持極高帶寬的數(shù)據(jù)流。Speedster7t器件擁有多達72個業(yè)界最高性能的SerDes，可以達到1到112 Gbps的速度。還有帶有前向糾錯（FEC）的硬件400G以太網(wǎng)MAC，支持4x 100G和8x 50G的配置，以及每個控制器有8個或16個通道的硬件PCI Express Gen5控制器。

超高效率的數(shù)據(jù)移動

來自Speedster7t高速I / O和存儲器端口的數(shù)萬兆比特數(shù)據(jù)很容易淹沒傳統(tǒng)FPGA面向比特位的可編程互連邏輯陣列的路由容量，而Speedster7t架構(gòu)包含一個可橫跨和垂直跨越FPGA邏輯陣列的創(chuàng)新性的、高帶寬的二維片上網(wǎng)絡(luò)（NOC），它們連接到所有FPGA的高速數(shù)據(jù)和存儲器接口。它們就像疊加在FPGA互連這個城市街道系統(tǒng)上的空中高速公路網(wǎng)絡(luò)一樣，Speedster7t的NoC支持片上處理引擎之間所需的高帶寬通信。NoC中的每一行或每一列都可作為兩個256位實現(xiàn)，單向的、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的AXI通道，工作頻率為2Ghz，同時可為每個方向提供512 Gbps的數(shù)據(jù)流量。

通過在Speedster中實現(xiàn)專用二維 NoC， 極大地簡化了高速數(shù)據(jù)移動，并確保數(shù)據(jù)流可以輕松地定向到整個FPGA結(jié)構(gòu)中的任何自定義處理引擎。最重要的是，NOC消除了傳統(tǒng)FPGA使用可編程路由和邏輯查找表資源在整個FPGA中移動數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)的擁塞和性能瓶頸。這種高性能網(wǎng)絡(luò)不僅可以提高Speedster7t FPGA的總帶寬容量，還可以在降低功耗的同時提高有效LUT容量。

針對安全性至上和硬件確保應(yīng)用的安全防護功能

Speedster7t FPGA系列產(chǎn)品在面臨第三方攻擊的威脅時，可用最先進的比特流安全保護功能應(yīng)對，它們具有的多層防御能力可保護比特流的保密性和完整性。密鑰是基于防篡改物理不可克隆技術(shù)（PUF）進行加密，比特流由256位的AES-GCM加密算法進行加密和驗證。為了防止來自旁側(cè)信道的攻擊，比特流被分段，每個數(shù)據(jù)段使用單獨導(dǎo)出的密鑰，且解密硬件采用差分功率分析（DPA）計數(shù)器措施。 此外，2048位RSA公鑰認(rèn)證協(xié)議被用來激活解密和認(rèn)證硬件。用戶可以確信的是當(dāng)他們加載其安全比特流時，它是預(yù)期的配置，這是因為它已通過RSA公鑰、AES-GCM私鑰和CRC校驗進行了身份驗證。

經(jīng)驗證的、可向低成本ASIC轉(zhuǎn)換的途徑，用以滿足大批量需求

Achronix是唯一一家既提供獨立FPGA芯片又提供Speedcore?嵌入式FPGA（eFPGA）半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)（ IP）的公司。Achronix在Speedcore eFPGA IP中采用了與Speedster7t FPGA中使用的同一種技術(shù)，可支持從Speedster7t FPGA到ASIC的無縫轉(zhuǎn)換。FPGA應(yīng)用通常具有必須保持可編程性的功能，而其他固定功能則是專用于特定的系統(tǒng)應(yīng)用。對于ASIC的轉(zhuǎn)換而言，固定功能可以被固化進ASIC結(jié)構(gòu)中，從而減小芯片面積、成本和功耗。當(dāng)使用Speedcore eFPGA IP將Speedster7t FPGA轉(zhuǎn)換為ASIC時，客戶有望節(jié)省高達50％的功耗并降低90％的成本。